传感器简答题.pdf

1、 用频域描述来分析设备故障有何突出优点？画出信号： 0( ) 3 sin 2x t f t 的时域描述图和频域描述图？ 答：能分析时域难以分析的信号。 2、回答：（ 1） 信号调理阶段的放大、滤波、调制与解调的作用分别是什么？ （ 2） 什么是采样定理？采样频率是不是越高越好？为什么？ 答：放大：使输出的微弱信号增强以作后续转换处理。滤波：消除或减小传输过 程中产生的干扰。调制与解调 :将缓变信号放大再从中取出缓变信号。 为保证采样后信号能真实地保留原始模拟信号信息，采样频率 fs2f时，这是采 样的基本原则。 不是，采样频率过高，使数据量过大，影响效率，一般测 试信号中含有高频噪声，在 A/D采样之前，采样抗混滤波器可以消除无用的噪声， 而且可以降低采样频率，从而减少计算工作量。 3、 在设备故障诊断时，为什么要对测试信号进行频域分析？ 答：频域描述了信号的频率组成及幅值，相位的大小，波形更直观，信息更丰富。 4、 什么是时域描述？什么是频域描述？画出信号： tftx 02sin5)( 的时域描述 和频域描述？ 答：时域描述：描述信号幅值随时间得变化情况。 频域描述：描述信号幅值，相位随频率的变化情况 。 5、 什么是功率信号？什么是能量信号？什么是随机信号？ 什么是模拟信号？ 什么是数字信号？ 答：功率：在无限时间能量不是无限值，在有限时间功率有限的信号。 能量：在分析无限区间能量为有限值的信号。 随机：非确定性信号，不能用明确的数学表达式来描述，是一种随机过程。 模拟：在所讨论的时间内，对任意时间值除若干个间断时间外，都可以给出确定 的数值的信号。 数字：时间离散且幅值量化的信号。 6、 周期信号的傅立叶级数三角函数展开式与复指数函数展开式有何用处？二 者有何区别和联系？ 答：两种都是将周期信号的时域描述转化为频 域描述，是一种数学工具。 三角函数形式的博里叶级数，周期信号的频谱是位于频率轴右侧的离散谱，谱线 间隔为整数个 W，为单边频谱。 指数形式博里叶级数， lcnl 为幅值谱， Lcn 为相位谱，由于值取正负整数，故其 频谱为双边频谱。 7、 试述信号的幅值谱与系统的幅频特性之间的区别。 答： 1.对象不同，前者是信号，后者对象为系统。 2.前者反映信号的组成，后者 反映系统对输入不同 f 成分的幅值的缩放能力。 3 定义不同，处理方法各异，前 者对信号付变换的摸。后者输出付带变化和输入付带变换的摸。 8、 某信号的傅立叶变换后的表达式如下，试画出其幅 值谱图。 9、 周期信号的频谱图有什么特点？ 周期信号的傅立叶级数三角函数展开式与 复指数函数展开式的频谱有何特点？ 答：离散，谐波，收敛。 三角函数形式的博里叶级数，周期信号的频谱是位于频率轴右侧的离散谱，谱线 间隔为整数个 W，为单边频谱。 指数形式博里叶级数， lcnl 为幅值谱， Lcn 为相位谱，由于值取正负整数，故其 频谱为双边频谱 10、周期信号和非周期信号的频谱图各有什么特点？ 答：周期：离散，谐波，收敛。非周期：连续性。 11、 理的目的是什么？ 数字信号处理研究的内容有哪些？ 答：信号处理目的：不知道。 12、已知某周期信号的傅立叶级数展开式为 00( ) 2 5 - 5 s i n t + 2 0 c o s ( 2 t + / 2 )xt ， 试求 该周期信号的均值，并画出该信号的频谱图 。 答： a=25 13、 试说明信号的均值、方差、均方值的物理含义。 并写出三者间的联系式。 答：均值：信号变化中心趋势。方差：描述信号的波动量。均方值：前面两个平 方和。 14、写出图示阶跃信号的时域表达式？求出它的频谱密度函数？ 15、求正弦信号 x(t)=x0sin t 的自相关函数。 16、 回答下列函数哪些是周期函数？哪些是非周期函数？ x1(t)=sin3 t， x2(t)=e-t， x3(t)=esin t， x4(t)= (t)， x5(t)=sin 1 2t 17、某周期信号的傅立叶级数展开式为 00( ) 1 0 5 c o s 2 0 c o s ( 2 / 2 )x t t t ， 试求 该周期信号的均值，并画出该信号的频谱图 。 0011( ) ( ) ( ) ( )22X f f f f f f 18、为什么 能用自相关分析消去周期信号中的白噪声信号干扰 ？ 答：在 T很大时信号中的周期成分不会衰减且具明显周期性，而非周期性成分得 到有效衰减。 19、 A/D与 D/A的作用各是什么？简述 A/D转换的步骤及其内容？在什么测试场 合需 要用 D/A转换器 ? 答： A/D：摸 -数。 D/A：数 -模。 A/D：采样 /保持 -量化 -编码 -计算机 20、已知某周期信号的傅立叶级数展开式如下，画出该信号的幅值谱图 和相位谱 图 。 0 0 0( ) 1 2 6 c o s 1 0 c o s ( 3 / 2 ) 4 s i n ( 5 / 4 )x t t t t 答： 21、什么是模拟信号？什么是数字信号 ? 什么是能量信号？ 答：能量：在分析无限区间能量为有限值的信号。 模拟：在所讨论的时间内，对任意时间值除若干个间断时间外，都可以给出确定 的数值的信号。 数字：时间离散且幅值量化的信号 23、利用 ()t 函数的性质求积分 s in 4 ( 1 .3 7 5 )t t d t 24、 利 用 函数的性质求 c o s ( / 4 ) ( )t t d t 。 25、 采样频率过高有什么优缺点？ 答：减少混频误差，使信号不失真，但过高会产生过多谐波泄漏，导致频率分辨 率低。 26、什么是干扰？什么是噪声？噪声与干扰之间的关系是什么？简要回答机械工 程测试中常见的干扰及其防护措施？ 答：由噪声所造成的效应成为干扰。噪声就是叠加在有用信号中的无用信号。 措施： 1，机械干扰：设置减振装置。 2.光干扰：屏蔽光线。 3.温度干扰：在恒 温下测量，并进行温度补偿。 4.湿度干扰：除湿处理和防潮处理。 5.电磁干扰： 屏蔽，接地，滤波。 27、什么是测试？机械工程测试的主要任务是什么？用方框图表示计算机测试系 统的一般组成及各部分的作用 答 :测试就是指具有实验性质的测量。机械工程测试的主要任务就是从机械设备 的测试信号中提取所需要的特征信息。图无。 28、什么是系统的动态特性？系统动态特性的数学模型有几种？ 要使系统有较好 的动态特性，对 一阶系统和二阶系统的动态特性参数有何要求？ 答：被测物理量随时间变化的测量叫 动态特性。数学模型：描述系统输入输出之 间互相关系的运动方程。描述系统动态特性的模型称为系统动态特性的数学模 型。有：微分方程，传递函数，频率响应函数。尽量使一阶系统的时间常数小， 二阶系统是一个振荡环节，一般取 w=（ 0.6-0.8）。 wn=0.65-0.7. 29、简要回答以下概念： (1)回程误差； (2)线性度； (3)灵敏度 答：回程误差：最大迟滞值为 hmax，如果满量程输出为 A，则定义回程误差为： 回程误差 =（ hmax/A） x100%.线性度：指测试系统的输入，输出关系保持常值比 例关系的程度，常用 非线性度来描述。灵敏度：表示的是测试系统对输入信号变 化的一种反应能力。 30、频率响应函数、幅频特性和相频特性的物理意义分别是什么？画出 测试系统 满足不失真测试条件时的 幅频特性曲线和相频特性曲线 ？ 答：幅频特性：其稳态输出信号和输入信号的幅值比被定义为该系统的幅频特性。 相频特性：稳态输出对输入的相位差被定义为改系统的相频特性。 频率响应函数：在初始条件为零时，频率响应函数是输出的博里叶变换和输入的 博里叶变换之比。不失真条件： A(w)=常数， &（ w） =-kw. 31、何为虚 拟仪器 (VI)？与传统仪器相比，虚拟仪器有什么优点？ 答：由硬件和软件组成的控制系统，由计算机操纵。有点：功能增强，界面友好， 人机交互方便。提高可靠性与维护性。智能，网络化。灵活，效率高。 32、用方框图表示振动测试系统的一般组成？简述各部分 作用 ？ 信号器 功率放大器 激振器 被测对象 测振传感器 振动分析仪 显示和记录 仪 作用 被测对象 -承受动载荷和动力的结构或机器 激励装置 -由信号源功效和激励装置组成，用于被测结构或机器施加某种形式的 激励，以获取被测结构对激励的响应 传感与测试装置 -由测振传感 器及其关联的测量中间变换电路组成，用于被振动 信号 -电信号 振动分析装置 -对振动信号进一步分析与处理以获取所需测量结果 显示与记录仪 用于将最终的振动测试结果一数据或突变形式记录或显示 33、 测试仪器经历了哪几个阶段？有何明显的发展趋势？ 答：四个阶段：模拟仪器，数字仪器 ,智能仪器，虚拟仪器。发展趋势：硬件化 仪器软件化仪器，单参量测试系统多参量测试系统，单机测试系统分布是测试系 统。 34、 线性定常系统有哪些基本特性？说明 叠加 (线性 )特性和 频率保持性在测量中 的作用？ 答：特性有：线性特性，比例特性，积分 特性，微分特性，频率保持特性。 作用：判断输出信号的信源，分析传递特性，改善信噪比。 35、 研究系统动态特性的目的是什么？ 36、 分别解释脉冲响应函数、频率响应函数和传递函数？ 脉动响应函数，输入信号为单位脉冲信号 x（ t） =s（ t），其响应力为脉冲响应函 数 y（ t） =h（ t） 频率响应函数，稳态输出 和输出的傅星叶变换之比 传递函数 系统输出的拉式变换 37、 用微型计算机、模 /数转换 (A/D)板、滤波器、电荷放大器、压电式力传感器 和打印机组成一个测力系统，试画出该测力系统的方框图，并说明各部分的作用。 压力传感器 -电荷放大器 -滤波器 -A/D-计算机 -打印机 38、 在静态测量中，根据测量系统输入量与对应输出值所绘制的定度曲线可以确 定那些静态特性 ? 39、 什么叫系统的频率响应函数？它和系统的传递函数有何关系？ 40、 用图形说明什么是回程误差？ 在测试系统的信号预处理中，采用抗混滤波器 的作用是什么？ 回程误差，在相同测试条件下，全量程范围内的最大迟滞值 hmax与标称商量程 输出 A的比值 回程误差 =hmax/A100% 抗混滤波器用低通滤波器，滤除高频和干扰使信号带限制在，所以宽带为已知， 采样定 理，合理采用采样频率 41、 如何从一阶系统的单位阶跃响应曲线和幅频特性曲线中求出系统的时间常 数？请用图形来说明？ 42、 什么是静态测试和动态测试？测试系统的静态特性指标有哪些？ 静态测试，在测量过程中，被测量不随 t 变化而变， 动态与之相反 静态特性 S 负度曲线，回程误差，线性度，灵敏度阀，漂移 43、什么是 能量转换型传感器？什么是能量控制型传感器？试举例说明。 44、差动变压器是哪一类传感器 ?它的工作原理和输出特性是什么 ? 是一种线圈互感岁衔铁的位置变化的变磁阻式传感器 输出特性 V0=-W2Ui/W1&0 & 与衔铁位移量 &/&0 成正比 45、激振器有何作用？常用的测振传感器有哪些？如何选用？ 46、压电式传感器往往采用多片压电晶片串联或并联方式，这两种连接方式有何 特点？各适合于测量何种信号 ？ 47、接触法测温和非接触法测温各有什么特点？ 接触 -温度敏感元件与被测对象接触，经换热后两者 T等 非接触 不与 接触，通过辐射能量进行热交换，由辐射能大小推算被测物体温 度 48、差动型可变磁阻式电感传感器在使用时，常把两个线圈接在一个电桥中，这 样做有什么好处？请画出电感电桥的接线图 。 49、什么是压电效应？压电式传感器的后接电荷放大器有何特点？ 压电效应，晶体或多晶陶瓷，沿一定的方向下而变形，内部极化， 某两表面产生 相反电荷，当 F=0又不带电，将机械能变成电能 50、什么是物性型传感器 ?什么是结构型传感器 ?试举例说明。 51、设计一个超声波探伤实用装置 (画出原理框图 )，并说明其工作过程 ? 什么是压电效应？压电式加速度传感器和压电式力传感器在结构上有何不同？ 为什么 ? 52、试选择一种传感器，设计测量某车床主轴转速的原理方案，并作简要说明。 53、简述金属电阻应变片和半导 体应变片的工作原理有何不同 ? 54、简述光电式转速仪的工作原理？并画出测试原理图？ 通过安装在被测轴上的多孔圆盘来控制照于光电元件光通量的强弱，从而产生于 被测轴转速成比例的电脉冲信号，经整形放大电路和数字式频率计可显示出相应 的 N 值 55、 何谓霍尔效应？用霍尔元件可测量那些物理量？举三个例子说明？ 金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流经过时。在垂直于电流和磁场方向上将 产生电动势其物理本质是由于运动的电荷收到磁场中的洛伦兹力形成的，用霍尔 元件可测位移，力，加速度和转速 56、 简述两类扭矩的测量原理，并 举例说明相应的扭矩传感器。 57、 简述压电式传感器需要配置前置放大器的原因 ? 常用的前置放大器有哪两种 ? 各有何特点 ? 58、压电式加速度传感器与压电式力传感器在结构上有何不同？为什么？ 通过弹性膜盒等，把压力收集，转换成力再传递给压电元件（直接测量） 电式加速度传感器使用时将传感器固定在被测物体上，感受该物质的振动，惯性 质量块产生惯性力是电元件产生变形 59、 提出三种不同的位移传感器？简述它们的测量原理？ 霍尔位移传感器 涡流式位置传感器 电感式传感器 60、滤波器的作用是什么？ 试画出低通滤波器、 高通滤波器和带通滤波器、的幅 频特性曲线？并在图中准确标出截止频率，指明它们的通带范围？ 61、调制的目的是什么？解调的目的是什么？什么是幅度调制？画出幅度调制与 解调过程的方框图。 62、 什么是滤波器的截止频率和通带？ 答：一个系统的输出信号开始大幅下降 63、 应变片和固定电阻作为桥臂元件，试画出单臂电桥、半桥和全桥的工作电路？ 其输出各有什么不同？ 64、 测量电桥的工作方式有哪几种？各有什么特点？ 65、 电桥的作用是什么？ 直流电桥的平衡条件是什么？为什么在测试前要调节电 桥的平衡？ 66、 用单臂电桥电路来说明直流电桥的平衡条件 。 67、 画出动态应变仪的原理框图，若输入应变的波形为低频简谐信号，请注明各 环节的输出信号的波形。 68、 什么是电桥的和差特性？如何利用电桥和差特性来进行温度补偿和消除非线 性误差？ 69、 用三种不同的方法求出一阶系统的动态特性参数？ 70、 对于二阶装置，设计时为何要取阻尼比 =0.6 0.8 ？ 答：接近不失复条件 71、 被动隔振实验中，系统由哪几部分组成？ 答：被测对象 -激励装置 -传感与测量装置 -振动分析装置 -显示及记录仪器 72、数字信号处理 中，窗函数的作用是什么？如何选择窗函数？ 答：主瓣窄且宽，旁瓣小正负交替接近相等 73、 利用互相关函数的性质来测量输送带的运动速度，要求按非接触测量。画出 系统工作原理图，并简要论述工作原理。 答：输送带表面的光经透镜聚焦在相距为 d的两个光电池上。反射光强度的波动 经光电池 -电信号再进行相关处理，当可延时等于输送带 x 点，在两测试点间经 过所需时间 Td时互相关函数值为最大，输送带 v=d/idt 74、 如何利用涡流式传感器来测量钢板的厚度？并画出工作示意图。